La différenciation des masses d'eau à l'intérieur de l'étang : stratification verticale, zonation horizontale, bilan thermique et centre thermique

The differentiation of water masses within the pond : thermal stratification, temperature zonation, heat budget and heat center

• Auteur / Autrice : Quentin Choffel
• Direction : Laurent Touchart, Pascal Bartout
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie - aménagement - environnement
• Date : Soutenance le 17/09/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Société : Territoires, Économie et Droit (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études sur le développement des territoires et l'environnement (Orléans ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Touchart, Pascal Bartout, Brigitte Vinçon-Leite, Hervé Piégay, Pascal Trintignac, Pierre-Alain Danis, Jaanus Terasmaa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Vinçon-Leite, Hervé Piégay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Température

Environnement

Étangs

Limnologie

Géographie

Mots clés libres

Géographie

Limnologie

Température de l'eau

Bilan thermique

Centre thermique

Geography

Limnology

Water temperature

Heat budget

Heat center

Résumé

Les étangs sont des milieux aquatiques au coeur de problématiques environnementales dans les questions qualitatives et quantitatives de la ressource en eau. La température est un indicateur efficace dans ces mesures par sa réactivité et la capacité à se diffuser le plus en aval. L’étang est souvent considéré comme une boîte noire dans les études d’impact et la connaissance de son fonctionnement thermique devrait être le premier élément dans sa quantification. Dans cette étude, la prise en compte des volumes dans l’analyse thermique des 1 137 181 données thermiques horaires inédites, par le biais du bilan thermique, permet de mesurer et quantifier le fonctionnement global des étangs, distinct de celui des lacs. Le bilan thermique est un indicateur synthétique de l’ensemble des facteurs amenant et prélevant des calories au milieu et peut être utilisé dans son objectif premier de mesurer les échanges calorifiques au sein du plan d’eau et entre celui-ci et le milieu fluvial. L’hétérogénéité spatiale en étang dans l’aspect zonal, est influencée par l’effet de la force motrice du vent ou de l’environnement immédiat, la présence d’ombrage ou d’apports hydrologiques localisés. Un nouvel indicateur, le centre thermique, a été créé, prenant en compte les variations en trois dimensions du bilan thermique, de la stratification et la stabilité de plusieurs secteurs de l’étang afin de quantifier la dissociation des masses d’eau au sein du plan d’eau. L’intégration de la zonation thermique permet d’ouvrir de nouvelles perspectives de gestion afin de limiter l’impact thermique de l’étang à l’aval ou favoriser le développement de certaines espèces piscicoles thermosensibles. A partir de données météorologiques il est possible d’anticiper les zones d’expansion de chaleur dont les écarts peuvent être conséquents, mesurés à plus de 3°C sur un très petit étang lié à l’effet d’ombrage, ou encore à plus de 10 °C entre deux secteurs d’un grand étang multilobé sous l’influence des vents

Ponds are at the heart of environmental issues in terms of quality and quantity of water resources. Temperature is an effective indicator in these measurements because of its reactivity and the ability to diffuse the most downstream. The pond is often considered as a black box in studies and the knowledge of its thermal functioning should be the first element in its quantification. In this study, the inclusion of volumes in the thermal analysis of the 1,137,181 original hourly thermal data, through the heat budget, allows to measure and quantify the whole behavior of the ponds, distinct from that of the lakes. The heat budget is a synthetic indicator of all the factors that bring and extract calories from the environment and can be used in its primary objective to measure calorific exchanges within the water body and between the water body and the river environment. The spatial heterogeneity in the zonal aspect of the pond is influenced by the effect of the driving force of the wind or the surrounding environment, the presence of shade or hydrological inputs. A new indicator, the heat center, has been created, taking into account three-dimensional variations in the heat balance, stratification and stability of several areas of the pond in order to quantify the dissociation of water masses within the water body. The integration of thermal zoning opens up new management opportunities to reduce the thermal impact of the pond downstream or to promote the development of certain heat-sensitive fish species. From meteorological data it is possible to anticipate areas of heat expansion whose differences can be significant, measured at more than 3°C on a very small pond related to the shading effect, or at more than 10°C between two sectors of a large multi-block pond under the influence of winds